基于SOA光纤环形激光器的分布式声传感系统

为了降低传统分布式声学传感器(DAS)系统复杂度并提高信噪比(SNR),提出了一种基于半导体光放大器的光纤环形激光器(SOA-FRL)的DAS系统。该系统用SOA-FRL取代了传统的DAS系统中的窄线宽激光器和脉冲调制器,实现了高稳定的光脉冲输出;采用双脉冲外差探测方法,实现了精确的声信号探测和声源定位。实验结果表明:在频率为1 kHz、幅值为1.14 rad的声信号作用下,所提系统的解调SNR高达38.25 dB,空间分辨率为12 m。

基于动态Allan方差的光纤陀螺随机误差分析(英文)

针对经典Allan方差不能反映光纤陀螺(FOG)随机误差的非平稳特性,动态Allan方差(DAVAR)可以反映但没有理论系统地证明其正确性和有效性的问题,通过仿真数据验证了DAVAR的正确性;利用实验数据分析光纤陀螺噪声随时间变化的动态特性,证明了DAVAR的有效性。首先,阐述了经典Allan方差和动态Allan方差的数学定义,然后利用仿真和实验数据验证其特征,并实现了光纤陀螺噪声的定量二维描述。实验结果表明:DAVAR不仅可以辨识和分离光纤陀螺随机误差,还可以确定噪声系数,更重要的是可以描述光纤陀螺随机信号动态特性。因此,DAVAR是分析光纤陀螺特性更加全面、有效且实用的工具。

基于DSP的全数字闭环光纤陀螺

介绍了一种采用ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｏｒ）技术实现的全数字闭环光纤陀螺．该闭环光纤陀螺采用以多功能集成光学器件为核心的全保偏结构，以方波为偏置调制，数字阶梯波反馈．文中对该闭环光纤陀螺的前置放大、信号检测、数字解调、数字滤波等部分进行了设计和实现，对采用ＤＳＰ技术解决系统精度和实时性矛盾的方案进行了讨论，并对闭环光纤陀螺的性能和参数进行了理论分析和实验测试．测试结果表明系统达到了小于０．３（°）／ｈ的零漂和１００×１０－６的非线性度指标．

数字闭环加速度计系统模型分析与校正设计

模数转换环节引入的精度损失是基于模拟伺服方案的石英挠性加速度计的主要缺陷。提出了一种数字闭环检测方法,该方法在实现加速度信号闭环检测的同时,直接提供数字输出,理论上不存在精度损失。建立了数字闭环检测系统的数学模型,通过阻尼修正部分将摆片的模型改善为最佳阻尼状态,利用积分环节和补偿校正消除系统的一阶静态误差,保证足够的相角裕度。依据国军标测试方法对试验样机进行测试,结果表明:系统超调量在20%左右,-3 dB带宽接近300 Hz。实验结果与理论仿真基本一致,验证了数字闭环检测方法的正确性和可行性。

基于相位敏感光时域反射计的长距离入侵探测系统(英文)

根据受激布里渊散射(SBS)对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的监测距离的限制,分析了在使用不同灵敏度的光电探测器时φ-OTDR系统的监测距离,并根据SBS阈值随着光纤长度的增加而下降的特点,提出了一种新的光路结构以提升系统的监测距离。该光路结构采用环行器将敏感光纤分为多个部分,并对各部分的后向瑞利散射光分别进行探测,避免了各部分光纤产生的斯托克斯光相互叠加,从而提高了SBS阈值,进而实现了提升系统监测距离的目的。在实验室测试中,使用3个环行器将敏感光纤分为了3个部分并实现了66.92 km的监测距离。通过增加环行器的数量,系统的监测距离可以进一步提高。

光纤分布式扰动传感器中瑞利和受激布里渊散射光谱特性及其影响研究

针对光纤分布式扰动传感器长距离应用定位误差增大的问题,研究了传感器长距离光纤中的瑞利散射和受激布里渊散射的光谱特性及其对系统定位精度的影响。建立了长距离光纤中瑞利和受激布里渊散射的数学模型,通过仿真研究发现散射光波的杂波干涉和强度噪声会严重降低干涉仪的光学信噪比,从而导致定位误差。通过实验验证了仿真结果的正确性。研究结论可以为提高长距离应用定位精度提供理论指导。

基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器(英文)

提出并研究了基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器。扰动作用在传感光纤上引起传输光波相位的变化,可以通过Sagnac干涉仪进行检测。所提出的光纤传感器包括三个Sagnac干涉仪,它们共用一个宽带光源(BBS),并通过两个光电探测器(PD)检测干涉信号。由于宽谱光源的相干长度很短,因此只有经历相同路径的两束光会发生干涉,这样的路径存在三条。其中一个光电探测器检测有着相同环路长度的两个Sagnac干涉仪的信号之和,另一个光电探测器检测由法拉第旋光镜和传感光纤组成的干涉仪中的干涉光强。通过对探测器接收到的信号进行数学运算可以对扰动进行定位。实验结果表明,所提出的传感器可以检测并定位扰动。10次实验的最大定位误差为370 m,平均定位误差为270 m。

可编程微波光纤延迟线时延特性分析与测量

本文采用激光器、光调制器、可编程光纤延时阵列及光探测器等构成了新型的微波光纤延迟线系统,对系统的发射、传输和接收三个组成模块进行了理论分析,建立了各模块及系统的数学模型,对系统的传输特性和时延特性进行了仿真。结果表明,此类微波光纤延迟线可视为线性系统。并采用矢量网络分析仪对系统进行了实测,幅频特性和相频特性在合理频带范围内均接近于理想情况,群时延测量结果与理论计算一致,延时精度达到10ps以内。

光纤陀螺惯性测量组合的数字温控系统设计

光纤陀螺惯性测量组合的测量精度会受到环境温度变化的影响。采用温度控制手段能够有效解决这一问题。提出了一种基于分级控制、分段控制和闭环控制思想的温控方案,并在此基础上设计了一种DSP+FPGA架构的数字温度控制电路,实现了温控电路的整体结构和工作流程,说明了以Fuzzy PID算法为核心的温度控制算法原理。试验结果表明,系统具有速度快、精度高等优点,为解决惯性测量组合启动后缩短惯性器件热平衡过程,迅速进入稳定工作状态提供了一种实用方法,也为类似的惯性测量组合温度控制系统提供了有益参考。

多点扰动对光纤分布式扰动传感器定位准确度的影响

基于激光干涉原理,建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤分布式扰动传感器多点同时扰动的信号模型.在此基础上,通过数值模拟研究了多点同时扰动对传感器定位准确度的影响,明确了多个扰动信号同时作用时扰动的幅值比和位置差不同情况下传感器的定位准确度.仿真结果表明:当多点同时扰动的信号幅度差别大于等于20倍时,可以给出较强扰动的定位信息;当多点同时扰动的空间距离小于等于100m时,可以近似看成单点扰动.在光路中增加偏振分束器来抑制偏振衰落的影响,并采用信号发生器对实验光路中的两个压电换能器同时施加正弦信号来模拟扰动进行实验.实验结果表明:在5km和10km的位置同时施加扰动,当两个扰动的幅值比大于等于20时,距离较强扰动点的最大定位误差的最大值为200m;在5km和5.05km位置同时施加幅值比为1的扰动,距离5km位置的最大定位误差为200m,验证了仿真结果的正确性.该研究为多点同时扰动条件下光纤分布式扰动传感器定位准确度的提高和误报率的降低提供了理论指导.

基于光纤陀螺的煤矿钻机定向仪设计

针对现有方法无法实现瓦斯抽放孔开钻前钻机精确、快捷定向的问题,提出采用光纤陀螺惯性导航技术实现钻机精确快速定向的新方法。根据调整钻机姿态过程的运动特性及测量要求,设计了钻机定向仪测量总体方案,采用速度及位置的双参数组合抑制了测量误差随时间的漂移,设计了组合卡尔曼滤波器,实现了快速、方便、长时间的精确测量。完成了定向仪硬件总成、软件算法及上位机软件的设计,实现了原理样机。通过对样机试验验证了方案的正确性,试验结果表明定向仪寻北时间、寻北精度以及动静态长时间测量精度均达到了钻机定向指标要求,基于光纤陀螺的钻机定向仪为煤炭领域相关定位定向测试仪器研制提供了一种新思路。

保偏光纤和偏振器对传输光光谱的影响

保偏光纤和偏振器的参数以及它们之间的连接角度对传输光的光谱特性有重要的影响。利用琼斯矩阵建立了光波的传输模型,首次讨论了光波偏振度、光纤长度、光纤之间以及光纤与器件之间的对轴角度等对输出光谱的影响。研究表明,当光纤之间或光纤与器件之间的对轴角度不为零时,完全非偏振光的输出光谱形状不会发生改变,而偏振或部分偏振光波的输出光谱中叠加了周期函数。对轴角度一定时,光纤越长,周期函数的周期越小;光纤长度一定时,在一定的范围内,对轴角度越大,周期函数的幅值越大。通过实验对结论进行了验证。结论对采用保偏光纤和偏振器的系统具有理论指导意义。

航空电子系统的光纤网络结构与技术

针对先进航空电子系统对数据网络的高速和混合通信的需求,基于分布式控制、实时存取和故障容忍的设计思想,进行了分布式光纤网络的结构设计和协议选择.重点分析了光纤链路、介质访问控制协议、拓扑、容错技术和网络管理软件.分析结果表明,基于1394 b总线的分布式容错光纤网络能提供确定和可靠的通信,同时该吉比特光纤链路满足误码率要求且功率余量达13 dB.因此它是具有高带宽、低延迟和易扩展优势的高综合网络结构.

自主式光纤陀螺油井测斜仪

简要介绍了光纤陀螺原理,分析了光纤陀螺应用于油井测斜的优点。研制了基于惯性测量技术的光纤陀螺测斜仪,它是一种不依赖任何外部设备,完全自主且实时快速的井眼轨迹测量仪器。样机实验结果表明:该仪器能够实现全方位测量,满足石油测井要求。

基于稀疏傅里叶变换的快速捕获方法

卫星信号捕获是接收机内基带信号处理的关键步骤,捕获的速度严重影响接收机首次定位的时间(TTFF)。在基于快速傅里叶变换(FFT)的并行码相位捕获(PCPS)方法基础上,将具有亚线性运算量的稀疏傅里叶变换(SFT)引入捕获过程中,提出了基于SFT的快速捕获方法,通过优化捕获过程中相关运算的效率,提高捕获速度。仿真结果表明,与传统的基于FFT的捕获方法相比,基于SFT的快速捕获方法运算效率提高到原来的2倍,更好地满足了卫星信号对快速捕获的要求。

谱减降噪法在相位敏感OTDR扰动传感系统中的应用

针对当前基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤扰动传感系统降噪算法复杂且效果不明显的问题,提出了谱减降噪法。首先对采样信号进行加窗分帧和傅里叶变换;其次取前十五帧无扰动信号功率谱的平均值作为噪声的功率谱估计,用含有扰动信号的功率谱减去噪声的估计谱得到降噪信号的功率谱;最后降噪信号通过逆傅里叶变换得到其时域信号。谱减法运算快且失真小,研究结果表明了在传感距离为53. 6 km的情况下,降噪信号的信噪比提高了2. 7 dB。

混合去偏光纤陀螺及测试

本文描述了零漂为Ｏ．１°／ｈ的混合去偏光纤陀螺的组成结构，并从设计角度分析了系统的性能。本系统采用普通的单模光纤作为主要材料，辅以少量的保偏光纤，综合两者的优点，使系统达到较大的性能指标，最后给出实际的测试结果。

光纤陀螺环路增益高精度实时检测与闭环控制方法

传统光纤陀螺控制算法,只能保证反馈通道增益的稳定,无法实现前向通道增益的实时检测与稳定保持,而前向通道增益稳定性是影响光纤陀螺性能、反映实际条件下光纤陀螺工作状态的重要参数之一。为此,提出了一种光纤陀螺环路增益高精度实时检测与闭环控制方法,利用新引入的增益监控调制信号实现了全环路增益的实时精确检测,采用增益闭环自动控制回路实现了环路增益在预设参考最优值的稳定保持。实验结果表明,此增益检测方法可成功实现光学器件、全光路、电子器件在实际环境条件下的增益精确检测,增益闭环控制的应用将光纤陀螺在全温下的环路增益变化量由19.8%下降为0.12%,显著降低。所提出方法普遍适用于温变、振动、长期贮存等环境,在不增加硬件电路、不依赖外部设备的情况下可实现光纤陀螺全环路增益的实时准确检测与稳定控制,对光纤陀螺设计与应用具有参考意义。

信号处理提高开环光纤陀螺动态范围的方法研究

本文根据光纤陀螺开环系统的输出信号特点，提出用信号处理方法提高动态范围的方案．文中对动态范围、刻度因子的线性等参数进行了分析和计算．

IEEE-1394b总线等时传输性能分析

IEEE-1394b是一种高速数据总线,已成功应用于航空电子中.其等时传输保证数据传输具有确定的延时,广泛应用于多媒体数据的传输.为解决等时传输中的性能评价问题,基于确定与随机Petri网(DSPN,Determ inistic and Stochastic Petri Net),建立了IEEE-1394b总线等时传输的模型.模型考虑了对等时传输性能影响较大的带宽预留和仲裁机制的影响,精确描述了总线行为.通过对模型的仿真分析,得到了等时传输的吞吐量和平均等待时间等性能指标与节点数量、数据包大小以及数据包到达速率的关系,并得到了IEEE-1394b等时传输总线吞吐量的极限.